В журнале “Электрик” №3 2015г.  была опубликована несложная конструкция автора для коррекции напряжения сети. В процессе эксплуатации необходимо было следить за изменяющимся напряжением сети, что доставляло некоторое  неудобство. Дополнив конструкцию электронной схемой, удалось процесс автоматизировать.

В процессе эксплуатации устройства [1] напряжение в сети иногда изменялось, поэтому приходилось постоянно его контролировать, чтобы вовремя переключить тумблер, скорректировав напряжение на выходе. После некоторого времени использования устройства было решено избавиться от этой проблемы. Была разработана схема (рис.1), позволившая автоматически корректировать напряжение в нагрузке в зависимости от входного напряжения.

При разработке схемы были поставлены условия применения общедоступных деталей, без применения операционных усилителей, компараторов, триггеров, симисторов, которые обычно применяют в подобных схемах. Также при напряжении сети, не выходящем за допустимые пределы, элементы коммутации должны быть обесточены. Принцип работы остался тот же – суммирование либо вычитание напряжения вторичной обмотки трансформатора и напряжения сети. В результате получился вариант коррекции из четырех ступеней: –20 В, норма, +20 В, +40 В. Питается схема через однополупериодный выпрямитель на диоде VD1 и конденсаторе C2 от вторичной обмотки трансформатора TV2. Стабилизатор на транзисторе VT1 обеспечивает питание микросхем DD1, DD2. Напряжение с конденсатора C2 через резистор R2 и стабилитроны VD3, VD4  позволяет косвенно (через изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора TV2) контролировать изменение напряжения сети. Резистор R2 ограничивает бросок зарядного тока конденсатора  C6 в момент включения до безопасного для стабилитронов VD3, VD4, конденсатор C6 уменьшает пульсации напряжения. Потенциометры R5, R6, R7 позволяют настраивать пороги срабатывания реле K1, K2, которые переключают вторичные обмотки трансформатора согласно логике коммутации. При напряжении сети, не выходящем за пределы допустимого, реле K1, K2 обесточены, через нормально замкнутые контакты K1, K2 напряжение на нагрузку поступает непосредственно из сети. При повышенном напряжении сети включится реле K2, контакты K2 переключатся, в результате обмотка II трансформатора TV1 подключится противофазно, напряжение на выходе устройства уменьшится. При пониженном напряжении сети включится реле K1 (реле K2 остается включенным), контакты K1 переключатся, подключая обмотку III, но теперь уже в фазе, напряжение на выходе увеличится. При дальнейшем снижении напряжения сети реле K2 отключится, подключая контактами K2 дополнительно обмотку II также в фазе, в результате напряжение на выходе дополнительно увеличится на величину напряжения обмотки II. Светодиод HL1 индицирует включенное состояние устройства, HL2, HL3 – ступени коррекции напряжения. Тумблер SA1.1 служит для отключения устройства в случае отсутствия необходимости корректирования напряжения, в этом случае напряжение будет поступать от сети напрямую, устройство будет полностью обесточено. Вторая группа SA1.2 подключает галетный переключатель SA3, позволяющий вручную выбирать ступени коррекции. На элементах DD1.1-DD1.2 и DD2.1-DD2.4 собраны триггеры Шмитта, позволяющие контролировать пределы изменения напряжения сети. На элементах DD1.1 и DD1.2 происходит контроль верхнего порога срабатывания K2 (240 В), DD2.1 и DD2.2 - порог срабатывания K1 и K2 (200 В), DD2.3 и DD2.4 - срабатывания K1 и отключения K2 (180 В). Элементы DD1.3 и DD1.4, в зависимости от состояния триггеров DD1.1-DD1.2 и DD2.1-DD2.4, определяют логику коммутации. Резисторы R11, R12, R14 устанавливают гистерезис триггеров (включение-отключение), который должен быть в пределах 15-20 В. В момент включения питания цепи  R13, R15, VD5, VD7 и C7 устраняют переходные процессы на время зарядки конденсатора C6. VD6 обеспечивает быстрый разряд конденсатора C7, восстанавливая схему защиты от переходных процессов при кратковременном пропадании напряжения. С выходов DD1.3 и DD1.4  сигналы управления поступают на базы VT2, VT3, в цепи коллекторов которых через токоограничивающие резисторы R19, R22 подключены светодиоды HL2, HL3, индицирующие состояние коррекции. С резисторов R20, R21 снимаются сигналы управления ключевыми транзисторами VT4, VT5. Реле K1, K2 через диод VD8 питаются непосредственно от сети, диоды VD9, VD10 защищают транзисторы VT4, VT5 от выбросов напряжения на обмотках реле во время коммутации, кроме того, поддерживают магнитное поле, устраняя вибрацию якоря реле из-за однополупериодного питания [2]. Чтобы уменьшить искрение при коммутации нагрузки, параллельно контактам подключена цепь R4, C4. Для уменьшения тока холостого хода трансформатора TV1 при отсутствии нагрузки (улучшения cos φ), параллельно первичной обмотке TV1 подключен конденсатор C1 [3]. В результате ток холостого хода TV1 уменьшился со 150 до 50 мA. Первоначально схема была собрана в упрощенном варианте, напряжение питания платы электроники снималось со вторичной обмотки трансформатора TV1 (рис.2).

Чтобы избежать переходных процессов при отключении питания устройства под нагрузкой, свободными контактами тумблера SA1 закорачивалась первичная обмотка трансформатора TV1. Также отсутствовало реле K3, диоды VD11-VD15 и переключатель SA3. После некоторого времени эксплуатации выяснилось, что большую часть времени напряжение сети не выходило за допустимые пределы, следовательно, около 10 Вт потреблялось бесполезно (без конденсатора C1 более 30 Вт). Поэтому схема была доработана (рис.1), добавлен маломощный источник дежурного питания на трансформаторе TV2 мощностью 2 Вт (реально потребление около 1,6 Вт). Вторичная обмотка TV2 соединена последовательно с сетевой обмоткой, что предотвращает перегрев трансформатора при повышенном напряжении сети (при самостоятельном изготовлении TV1 по той же причине желательно рассчитать на напряжение 230-235 В). Также добавлено дополнительное реле K3, которое подключает основной трансформатор TV1 только при отклонении напряжения сети от нормы. Кроме того, предусмотрена ручная коррекция напряжения на выходе, тумблер SA1 переключает устройство с режима “авто” в ручной режим.  Ручная коррекция происходит с помощью галетного переключателя SA3. Тумблер SA2 переключает вольтметр PV1 к входным, либо выходным цепям.

Настройка. Для настройки потребуется регулируемый автотрансформатор (ЛАТР), позволяющий изменять напряжение от 180 до 250 В. Настраивать устройство удобнее, контролируя не входное, а выходное напряжение. Резистор R5 устанавливают в нижнее по схеме положение, R6, R7 – в верхнее. Установив напряжение на входе 240 В (такое же напряжение будет и на выходе), вращают движок резистора R5 до срабатывания реле K2. Напряжение на выходе уменьшится на 20 В. Плавно снижая входное напряжение, контролируют момент отключения реле K2, это должно быть около 205 В.. Далее, установив напряжение 200 В, вращают R6, добиваясь включения реле K1 и K2. После этого повышают напряжение до 235 В, реле K1 и K2 должны отключиться. Снизив напряжение до 200 В (напряжение контролируется на выходе устройства!), вращением R7 добиваются отключения реле K2. При повышении напряжения до 235 В  включается реле K2. Разницу между верхними и нижними порогами устанавливают подбором резисторов  R11, R12, R14. Варианты коррекции при необходимости можно изменить. При больших отклонениях напряжения сети первичную обмотку TV1 можно подключить к выходу устройства (на схеме рис.1 показано пунктирной линией). При этом первичная обмотка трансформатора TV1 будет питаться откорректированным напряжением, что при повышенном напряжении уменьшит нагрев, а при пониженном улучшит нагрузочную характеристику TV1

Конструкция. Схема собрана на печатной плате размером 145Х100мм. (рис.3).

На передней панели (фото1) расположены основная плата, галетный переключатель SA3, тумблеры SA1, SA2, светодиоды HL1-HL3, индикаторы HL4-HL5, вольтметр PV1.

 Внутри корпуса расположены реле K1, K2. Трансформатор TV2, реле K3 и конденсатор C1, ввиду отсутствия места, установлены в отдельном корпусе (фото2), закрепленном на задней стенке устройства.

Детали. Трансформатор TV1 - 230/20+20 В, 300 Вт, TV2 – ТАН2, импортного производства, 220/24 В, 2 Вт. Вместо него можно использовать трансформатор от импортных транзисторных приемников, перемотав вторичную обмотку на 24 В. Реле K1, K2, K3 - 2PDT, также импортного производства, 220 В. переменного тока, сопротивление катушки 7900 Ом, контакты 2х5 Ампер (контактные группы включены параллельно). Взамен можно использовать отечественные реле РПУ-0, либо другие реле с подходящими параметрами. В качестве K3 можно использовать реле меньшей мощности. При использовании реле постоянного тока возможно потребуется после VD8 установить дополнительный конденсатор 3,3-4,7 мкФ. 400 В. для сглаживания пульсаций питающего напряжения. Реле желательно  использовать с питанием от сети, так как применение низковольтных реле потребует увеличения мощности трансформатора дежурного режима. Подстроечные резисторы R5-R7 - многооборотные, СП5-2. Конденсатор C1 составлен из 2-х МБГО 1мкФ 630 В. Светодиоды HL1 зеленого цвета, HL2, HL3 - красного. Микросхемы К176ЛА7 можно заменить на К561ЛА7. Вместо схемы стабилизатора на транзисторе VT1 можно установить микросхему 7809, КРЕН8А. Стабилитроны КС182А можно заменить на Д818Б,В. Диоды 1N4007 и транзисторы D13003A взяты из вышедших со строя люминесцентных ламп-“экономок” (при выходе со строя самой лампы остальные детали остаются годными). Тумблеры SA1 – МТ2, SA2 – МТ1, SA3 – галетный переключатель 5П2Н.

Виктор Кандауров

Электрик №7-8/2017г. с.51

Литература.

1. Виктор Кандауров. Коррекция напряжения сети // Электрик. – 2015. - №3. – с.40.

2. Виктор Кандауров. Два диода вместо четырех // Электрик – 2010. - №9. – с.47.

3. Виктор Кандауров. Повышение экономичности бытовых электроприборов // Электрик - 2011. - №3. – с.55